17_calidad del suministro eléctrico
DESCRIPTION
Apuntes Inacap CGCTRANSCRIPT
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_1
Calidad del Suministro Eléctrico Prof. Claudio González Cruz
Generalidades
Los problemas de la calidad de la energía y los causados por su defecto, son consecuencia de la
evolución de la electrónica y más particularmente de su integración. Con ello se incrementa la
exposición del usuario a perturbaciones eléctricas y aumenta también la sensibilidad de los equipos.
Es por ello, que el suministro de corriente alterna, suele ser inadecuada para alimentar sistemas
informáticos, pudiéndoles causar problemas de pérdidas de datos y errores de hard disk.
Existen dos desafortunadas realidades en la era de la electrónica: las compañías eléctricas
simplemente no pueden proporcionar la energía limpia y continua que exigen los sensibles equipos
electrónicos, y el consumidor que es el responsable final de la seguridad y el funcionamiento
adecuado de su equipo. Los problemas que se pueden ocasionar en una instalación eléctrica del
interior de un edificio, bien sea industria, oficinas o domicilio particular, son los mismos que los que
aparecen en las líneas de distribución o transporte, y aunque suelen ser de menor magnitud por estar
más cerca del origen del problema, pueden ocasionar peores efectos. La conexión o desconexión de
cargas inductivas y el entorno de zonas industriales, provoca problemas en la calidad del suministro
eléctrico.
El criterio básico a tener en cuenta en una instalación informática, es la instalación de una línea de
suministro único que alimente a este, desde el tablero general de la instalación. Lo anterior es con el
fin de que ésta línea dedicada, esté lo más exenta posible de los problemas antes mencionados. El
conductor de tierra, debe formar parte de esta línea dedicada. Al final de ésta línea y en función de la
posibilidad de ejecución de la misma, los problemas descritos tendrán mayor o menor magnitud, la
solución o atenuación de los mismos se puede realizar mediante diversos equipos, como son
transformadores de aislamiento, estabilizadores, acondicionadores de red o UPS.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_2
1.0 Planteamiento General del Problema
En nuestra actual civilización la electricidad es por su versatilidad de transformación, la fuerza más
utilizada para cubrir las necesidades de las diversas formas de energía (calórica, mecánica, química,
lumínica, etc.), y de soporte energético para el transporte y tratamiento de la información
(comunicaciones conducidas y radiadas, control de procesos, informática, etc.). El mundo tecnológico
que hemos creado necesita para su correcto funcionamiento de equipos y sistemas cada vez más
interrelacionados, que en la mayor parte de los casos, dependen de la electricidad como fuente de
alimentación. La calidad y seguridad de la alimentación eléctrica es tan importante para la eficiencia
de nuestros aparatos y sistemas, como la calidad y seguridad de los mismos.
La electricidad conducida es la forma más extendida de alimentación energética en nuestro mundo
tecnológico actual. Su omnipresencia se debe a que combina las propiedades siguientes:
- Es fácil generar a partir de gran variedad de otras energías.
- Se transporta a través de instalaciones fijas de adecuada seguridad y versatilidad.
- Se puede convertir directamente a un variado número de formas de energía.
- Se puede transformar con relativa facilidad y rendimiento aceptable dentro de sus diversas formas
de presentación.
- Interviene en los tres grandes grupos de usuarios de energía (domésticos, terciarios e
industriales).
Sin embargo presenta el inconvenientes de calidad, debido principalmente a las cargas que alimenta.
Los problemas de la calidad de la energía y los causados por su efecto, son consecuencia de la
evolución de la electrónica, y más particularmente, de su integración. Con ello se incrementa la
exposición del usuario a perturbaciones eléctricas y aumenta también la sensibilidad de los equipos.
Es por ello, que el suministro de corriente alterna, suele ser inadecuada para alimentar sistemas
informáticos, pudiéndoles causar problemas de pérdidas de datos y errores de hard disk.
La proliferación de los dispositivos de electrónica de potencia, ha influido notablemente en el aumento
del nivel de problemas de calidad de suministro en las redes eléctricas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_3
Si observamos una red eléctrica ideal, comprobaríamos que sus parámetros característicos serían:
- Fuente de tensión ideal (impedancia interna cero).
- Forma de onda sinusoidal pura.
- Valor de tensión constante en todos sus puntos.
- Frecuencia constante.
- Cargas lineales.
Sin embargo, toda red real dista de un perfil de servicio tal como el indicado en los puntos anteriores, por
cuanto se ve afectada por múltiples perturbaciones.
1.1 Parámetros de la Calidad de la Energía
La red de distribución eléctrica de baja tensión, exhibirá en ausencia de usuarios, una onda de tensión
de calidad que se vería perturbada muy ocasionalmente por fallas en las líneas y centros de
transformación, maniobras, así como por descargas atmosféricas principalmente.
Los usuarios someten a la red a la influencia de multitud de cargas, que aunque funcionen
correctamente, pueden alterar la onda de tensión con caídas permanentes o transitorias de su valor
nominal. A estas variaciones se les denominan perturbaciones de la red.
En general, podemos agrupar las perturbaciones de la red eléctrica, en dos grandes grupos: (1)
transitorias y (2) permanentes.
Las perturbaciones transitorias son fenómenos aleatorios pasajeros que tienen su origen en los
elementos que constituyen la red (líneas, transformadores, etc.), o en la propia instalación del usuario.
La consecuencia típica de estas perturbaciones es la de provocar una caída de tensión transitoria, y
en ocasiones, un corte más o menos prolongado en determinadas zonas de la red.
Las perturbaciones permanentes son fenómenos de carácter estacionario. Estas perturbaciones
tienen en su mayoría, origen en el funcionamiento de ciertos equipos localizados normalmente en la
instalación del usuario.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_4
Desde una óptica más práctica y comercial, la calidad del suministro eléctrico se considera tanto
desde el punto de vista de la empresa como del cliente, bajo tres aspectos:
- Continuidad de la tensión (interrupciones).
- Variaciones lentas de tensión.
- Otras perturbaciones.
La continuidad del suministro eléctrico es en efecto, la característica más importante a considerar en
la alimentación de cargas críticas. Las variaciones lentas de tensión y, además, perturbaciones,
pueden también ocasionar fallas en el funcionamiento según su cuantía y la sensibilidad de la carga.
1.2 Perturbaciones de Red
En las redes de suministro eléctrico pueden presentarse diversos tipos de perturbaciones, las que por
su modelo de presencia y red de efectos, pueden ocasionar fallas tanto en la fuente de suministro de
potencia como en la carga peticionaria.
1.2.1 Ruidos e Impulsos
Son perturbaciones de tensión que tienen lugar entre los conductores activos de alimentación (fase y
neutro en sistema monofásico; fases o fase y neutro en un sistema trifásico). Si son frecuentes y de
escaso valor (algunos volts o decenas de volts), se llaman ruidos. Si son esporádicos y de valor
elevado (cientos de volts), se llaman impulsos, cuando su duración es inferior a 2 ms.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_5
v
t
v
t
Fig.1a - Ejemplo de ruido eléctrico Fig.1b - Ejemplo de impulso eléctrico
t < 2ms
Suelen producirse por la conexión y desconexión de baterías de condensadores, por el
funcionamiento de hornos de arco, por los equipos convertidores y rectificadores y sobre todo, por las
descargas atmosféricas cercanas a las instalaciones eléctricas. También suelen encontrarse este tipo
de perturbaciones en aquellos equipos que producen arcos eléctricos, tales como colectores de
escobillas.
Pueden tener consecuencias muy serias, tanto para la propia integridad física de equipos y aparatos
conectados a las redes, como para la función que realizan.
1.2.2 Variaciones de Tensión
Existen dos tipos de variaciones de tensión: las lentas y las rápidas. Las primeras, son las que tienen
lugar a lo largo de 10 segundos o más. Se puede producir por la variación de la carga en redes pobres
(de elevada impedancia de cortocircuito). Si se sobrepasan los límites estáticos de funcionamiento de
los equipos, ocasionan anomalías.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_6
Las variaciones de tensión rápidas, son las que tienen lugar a lo largo de menos de 10 seg. Se
producen a consecuencia de la conexión y desconexión de grandes cargas y de maniobras entre
líneas. Su incidencia en el funcionamiento de los equipos informáticos depende de su amplitud y de su
duración, permitiéndose mayor amplitud cuanto menor sea la duración y viceversa.
V
t
∆V
t > 10 s
V
t
∆V
t < 10 s
Fig.2b - Ejemplo de variación de tensión rápida Fig.2a - Ejemplo de variación de tensión lenta
1.2.3 Parpadeo (flicker)
Cuando una variación rápida de la tensión se produce de forma repetitiva, ocasiona en las lámparas de
iluminación un parpadeo visible y molesto. Por extensión, se llama también parpadeo a dicha perturbación
de tensión que la origina.
El voltaje flicker se refiere a cambios en la envolvente de la frecuencia de alimentación (para nuestro
caso 50 Hz). El voltaje de la envolvente es llamado nivel instantáneo de flicker. La caracterización del
nivel instantáneo de flicker (LFI), depende del tamaño y tipo de carga que produce el desbalance.
Pueden ocurrir cambios en la magnitud del voltaje que pueden aparecer periódicamente o
aleatoriamente dependiendo de la fuente.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_7
El voltaje de flicker es descrito en términos de la intensidad lumínica incandescente. Por ello, los
distintos standard se basan objetivamente en la iluminación incandescente en cuanto a variaciones
de magnitud y frecuencia. Sin embargo, este efecto es reducido notablemente a través de lámparas
fluorescentes y dispositivos electrónicos.
El flicker se puede definir como la impresión de resplandor o color fluctuante que ocurre cuando la
frecuencia de la variación observada, está entre unos pocos hertz y la frecuencia a la cual se funden
las imágenes. Esta variación de la amplitud del voltaje, cuando posee una amplitud relativamente
significativa y una baja frecuencia, puede llegar a provocar molestias físicas en las personas al
manifestarse como un "parpadeo" en
la luz incandescente, como también
perturbaciones en algunos aparatos
eléctricos sensibles. El efecto flicker
depende principalmente de factores
fisiológicos, ambientales y subjetivos,
entre los que se cuentan: la amplitud
de la variación de tensión, la tasa de
variación, la frecuencia de
fluctuación, el nivel de saturación
luminosa y el tipo de iluminación.
Estos factores determinan el grado
de incidencia que dicho efecto tiene
en el ser humano, y deben ser
tomados en cuenta para poder cuantificarlo. Los primeros estudios mostraron una sensibilidad variable
a las fluctuaciones luminosas entre 0 y 30 Hz, y además, la existencia de sensibilidades diferentes
según se trate de variaciones bruscas o suaves, debido a la capacidad de adaptación de la retina.
En general las variaciones de la amplitud del voltaje se deben principalmente a fluctuaciones de la
potencia reactiva en el sistema, producto de cargas con factor de potencia variable. Este fenómeno se
subdivide en dos grupos, los de carácter periódico y no periódico. Algunos ejemplos de éstos son: en los
primeros, hornos de arco, compresores o motores; y para el segundo, partida y parada de cargas
importantes.
V
t
Fig.3 - Ejemplo de parpadeo (ficker), o modulación de la tensión
V2pk
V1pk
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_8
Las cargas más importantes generadoras de flicker son:
- Hornos de arco.
- Soldadoras eléctricas.
- Generadores.
- Partidas y paradas de grandes motores.
- Accionamientos intermitentes.
- Motor accionado por conversor recíproco (compresores, bombas, etc.).
Debido a que el flicker posee un rango de frecuencia específico y es perceptible desde cierta magnitud
relativa, son dos los parámetros importantes a considerar dentro de su medición. El tiempo que dura la
perturbación también es un parámetro importante a considerar.
Diversos estudios se han realizado con el objetivo de cuantificar y definir los parámetros que
intervienen y los efectos que produce esta señal en las personas expuestas a la luz incandescente.
En Francia se realizó un experimento con un grupo de personas midiendo la respuesta cerebral del
sujeto frente a una fuente luminosa incandescente variable, los resultados del experimento fueron los
siguientes:
- La sensación de molestia experimentada por un observador medio, es función del cuadrado de la
amplitud de la fluctuación y de la duración de esta perturbación.
- Si la amplitud de la perturbación es constante, se experimenta la máxima molestia cuando la
frecuencia de la fluctuación es prácticamente igual a 8,8 Hz. El umbral de percepción es de 0,3%
de la amplitud del voltaje de alimentación.
- Si la amplitud de la señal es superior a 0,3% y tiene una frecuencia de 8,8 Hz se obtiene una
cierta sensación de molestia. Es posible obtener la misma sensación de molestia con una
fluctuación de amplitud superior y de frecuencia diferente a 8,8 Hz. Es decir, es posible sustituir
una fluctuación de tensión equivalente a 8,8 Hz de amplitud a8,8 = g(f) × af de modo que provoque
la misma molestia.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_9
La función g(f) se muestra en la siguiente figura:
Fig.4 – g(f) = a 8,8 / a f para una misma sensación de molestia
Si la fluctuación es la resultante de una superposición de varias fluctuaciones sinusoidales de
amplitudes y frecuencias diferentes, se ha encontrado que el flicker resultante es equivalente al que
corresponde a una fluctuación de 8,8 Hz y de amplitud igual a la raíz cuadrada de la suma de los
cuadrados de las amplitudes de fluctuaciones de 8,8 Hz equivalentes a cada una de estas
componentes, es decir, la superposición de varias fluctuaciones sinusoidales de amplitud ai y
frecuencia fi, conduce a la misma sensación de molestia que una fluctuación sinusoidal de 8,8 Hz y de
amplitud dada por la ecuación siguiente:
(( ))∑∑==
××==n
1ii
22i8,8 fgaa (Ec. 1)
Finalmente, se demostró que una fluctuación de tensión con frecuencia, amplitud y duración bien
determinados, producirá la misma sensación de molestia que una fluctuación de tensión con igual
frecuencia, con el doble de amplitud pero con una duración cuatro veces menor que la anterior. Según
esto, habrá entonces un equivalente de la sensación de molestia bajo la igualdad:
(( ))∫∫ ∑∑==
××==ττ
0
n
1ii
22i fgamolestia de Sensación (Ec. 2)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_10
De esto se concluye que la sensación de molestia puede ser representada por un filtro lineal, una
elevación al cuadrado de la señal y una integración en el tiempo de la señal resultante. Se define
entonces una cifra de mérito que representa la sensación de molestia mediante la expresión:
∫∫ ⋅⋅==ττ
0
28,8 dtaFlicker de Dosis (Ec. 3)
El hecho que la señal de flicker sea una variación de la amplitud del voltaje de alimentación puede
interpretarse bajo el concepto de señal modulada en amplitud, es decir, la señal de flicker es una
moduladora o envolvente y la señal de la red corresponde a la portadora. Para extraer la envolvente
se procede a rectificar la señal, luego de lo cual debe pasarse por un filtro pasa - bajos.
La mayoría de los esquemas de medición del flicker están desarrollados en filtros digitales, donde
obtienen la forma exacta del LFI y entregan una curva predefinida de la media de peso de variaciones
de voltaje. Recientes investigaciones han implementado filtros digitales a través del análisis mediante
la transformada de Fourier. Sin embargo, el uso satisfactorio de dicho procedimiento depende
específicamente del número de muestras (frecuencia de muestreo), por lo que el resultado puede ser
engañoso. El algoritmo de FFT asume que la variación de la entrada (tensión), consiste en un cierto
número fijo de componentes de frecuencia fija. Este procedimiento es válido solamente para
variaciones periódicas en el tiempo, pero no aplicables para situaciones no periódicas. Por ello, es
necesario tomar altas frecuencias de muestreo.
La variación de voltaje se puede obtener mediante la ayuda de la figura 3 como indica la expresión
siguiente:
pkVpkVV 12 −−==∆∆ (Ec. 4)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_11
El valor efectivo de la modulación y valor medio se hallan mediante las ecuaciones siguientes:
22pkVpkV
22
pkV
22
pkVvoltaje de medio efectivo Valor
22pkVpkV
22vmodulación la de efectivo Valor
1212
12
++==++==
−−====
∆∆
(Ec. 5)
El valor porcentual del flicker se puede hallar mediante la expresión:
100pkVpkVpkV-pkV
flicker %
100medio efectivo valormodulación la de efectivo valorkerflic %
12
12 ××++
==
××==
(Ec. 6)
La identificación del flicker perceptible se realiza por
medio de curvas que identifican las variaciones en el
valor efectivo (rms) v/s tiempo. Las curvas de
tolerancia del flicker se desarrollan considerando
curvas de sensibilidad para luces incandescentes,
de forma tal que las variaciones de voltaje
produzcan efectos indeseables en su luminosidad
(Fig.5).
Las normas IEC son mucho más rigurosas en las
evaluaciones del flicker. La norma IEC 555 en su
parte 3, Fluctuaciones de Voltaje, proporciona las curvas presentadas en las figuras siguientes, a
partir de las cuales se puede determinar los niveles de flicker producidos por las fluctuaciones de
voltaje tolerables por el ojo humano.
Fluctuation rate
Range of Arc furnace operation
Objectionable
Satifactory
Percent voltage change
N° Hrs N° Min N° Sec
Fig.5 – Curva de sensibilidad de flicker
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_12
Fig.6a – Amplitud de variaciones máximas admisibles de voltaje relativo con respecto al número de variaciones por minuto
Fig.6b – Amplitud de variaciones máximas admisibles de voltaje relativas con respecto al tiempo de memoria de la variación en segundos
1.2.4 Microcortes y Cortes Largos
Los microcortes son anulaciones de la tensión de red (o reducciones por debajo del 60% del valor
ideal), de poca duración. No existe por el momento un acuerdo sobre la frontera de distinción entre
microcortes y cortes de larga duración. Se propone la de 20 ms, que coincide con la duración de un
ciclo de la onda de 50 Hz de nuestra red. Así, pues, los microcortes no se aprecian en una lámpara
por el ojo humano.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_13
Los microcortes son causados principalmente por defectos en la red o en la propia instalación del
usuario. Producen mal funcionamiento de cargas muy sensibles y normalmente errores en los equipos
informáticos. Algunos computadores (sobre todo medianos y grandes), se desconectan si dura más de
3 ms.
Los cortes largos son anulaciones de la tensión de red (o reducciones por debajo del 50% del valor
ideal), de más de 20 milisegundos de duración. Suelen estar provocados por averías o desconexión
de las líneas de alimentación y fallas en centros de generación y de transformación.
V
t
Fig.7a - Ejemplo de microcortes de tensión
V
t
Fig.7b - Ejemplo de cortes largos de tensión
1.2.5 Variaciones de Frecuencia
Son cambios en el ritmo de oscilación o frecuencia que nominalmente, en nuestro país y en la mayor
parte de Europa es de 50 Hz.
Debido la interconexión de los centros generadores, no es posible una variación apreciable y
permanente de la frecuencia de la red en condiciones normales.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_14
Lo anterior sí es posible en lugares alimentados por grupos generadores. No obstante, de forma
transitoria, pueden ocasionarse cambios de frecuencia apreciables como consecuencia de cambios
bruscos de grandes cargas y de fenómenos de inestabilidad transitoria.
V
t
Fig.8 - Ejemplo de variación de frecuencia 1.2.6 Distorsión
Es una deformación relativamente baja y estable de la onda de tensión. La distorsión suele estar
ocasionada por la conexión a la red de máquinas con núcleo magnético demasiado saturado, de
convertidores estáticos (tales como rectificadores, sistemas de alimentación ininterrumpida y fuentes
conmutadas, hoy día muy extendidas en equipos informativos y TV), y otras cargas no lineales.
Este fenómeno es de características permanente, afecta
a la frecuencia, la amplitud, la simetría del sistema
eléctrico y la forma de onda, provocando aquel
fenómeno denominado armónicas.
Dada la característica del fenómeno permanente en la
red, los armónicos constituyen un grave problema, no
siempre adecuadamente ponderado. Es importante
entonces, el conocer sus efectos nocivos y buscar
adecuadas soluciones que permitan disminuir los
problemas que originan.
V
t
Fig.9 - Ejemplo de distorsión de tensión
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_15
2.0 Armónicas de Baja Potencia
Observemos la figura 10, en ella se muestra la forma de onda de una magnitud sinusoidal pura, tal como
puede ser la tensión de la red. Se observa que según transcurre el tiempo (t), desde el inicio de la señal,
la forma y tamaño de la onda se va repitiendo periódicamente, dicho periodo equivale a (T) segundos.
T = 20 ms
f = 50Hz
t (seg)
Fig.10 – Forma de onda sinusoidal pura
Vmax
0
En nuestras redes eléctricas, el periodo (T) de la señal es de 20 (ms); esto quiere decir, que en un
segundo la onda sinusoidal de repite cincuenta veces, de allí que la frecuencia de la red sea de 50 Hz.
A esta frecuencia de la denomina frecuencia fundamental de la red.
Ahora bien, un armónico determinado, es una perturbación superpuesta a la onda fundamental que
también es una onda sinusoidal, pero de distinta frecuencia de pulsación y con valores de amplitud
menores a esta.
Todo armónico que se analice tiene la propiedad de que su periodo de pulsación es siempre menor al
de la fundamental, y además, se repite un número entero de veces dentro de aquel periodo (menor
periodo = mayor frecuencia). Según el número de veces que el armónico “quepa” dentro del periodo
fundamental, así se denominará el armónico.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_16
Tomando las palabras finales del párrafo anterior, por ejemplo, si el armónico se repite dos veces en el
periodo fundamental, lo denominaremos segundo armónico.
T = 10 ms
f = 100Hz
t (seg)
Fig.11 – Forma de onda sinusoidal de un 2° armónico
Vmax
0
En una red eléctrica pueden coexistir un número infinito de estos armónicos, todos superpuestos, dando
como resultado de sus acciones una onda periódica no sinusoidal que denominamos distorsión armónica.
t (seg)
Fig.12 – Forma de onda no sinusoidal distorsionada por un 2° armónico
0
En redes industriales y terciarias, la mayor preocupación para acotarla, es determinar que armónicos
se hallan presentes y cual es la amplitud de cada una de ellas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_17
2.1 Origen de los Armónicos
Existen dos tipos de fuentes que dan origen a los armónicos: las de tensión y las de corriente.
Normalmente las primeras se encuentran en el área de responsabilidad de la Compañía Eléctrica,
debido a que los armónicos pueden ser producidos por los mismos generadores de potencia, que por
razones constructivas o de servicio, suelen introducir en la red este tipo de perturbaciones. También
en este grupo se encuentran los armónicos generados por la saturación del núcleo de
transformadores.
En cambio, las fuentes de corriente las encontramos en las redes de los clientes, ya sean estos de
baja o alta tensión, debido al tipo de cargas que estos tienen instalados.
En las redes eléctricas de los clientes finales, podemos encontrar dos tipos de cargas: las lineales y
las no lineales.
Los motores de inducción, el alumbrado incandescente y la calefacción eléctrica constituyen las
denominadas cargas lineales; esto es, la impedancia de la carga es esencialmente constante e
independiente de la tensión aplicada.
En circuitos de corriente alterna, la corriente
es proporcional a la tensión y se encuentra
en fase con ésta, en el caso de circuitos
con cargas resistivas de factor de potencia
unitario. Cuando las cargas son
parcialmente inductivas o capacitivas, la
corriente está desfasada respecto a la
tensión, pero siempre es proporcional a
ella. Esto es, si la tensión es sinusoidal
también lo será la corriente.
señal de alimentación sinusoidal (tensión)
t (seg)
Fig.13 – Forma de onda sinusoidal de corriente de una carga lineal
0
señal de la carga sinusoidal (corriente)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_18
Hace algunas décadas casi todas las cargas eran lineales, y aquellas que no lo eran, constituían una
fracción insignificante de la carga total, de manera que no afectaban ni el diseño, ni la operación del
sistema. Luego vino la revolución de la electrónica de potencia, y cargas como computadores y
variadores de frecuencia crecieron en uso de forma casi desproporcionada. Estas cargas
denominadas no lineales, por su forma de trabajo, han llegado a constituir un problema de graves
consecuencias en los sistemas de distribución eléctrica.
Una carga no lineal, es aquella en que la corriente no es proporcional al valor instantáneo de la
tensión de la red. Esta carga absorbe corriente en impulsos bruscos en lugar de hacerlo con suavidad,
como es el caso de las cargas lineales. Dichos impulsos crean una onda de corriente distorsionada
que contiene armónicos.
señal de alimentación
sinusoidal (tensión)
t (seg)
Fig.14 – Forma de onda de corriente de una carga no lineal
0
señal de la carga no sinusoidal (corriente)
Los armónicos se producen en donde existe un número importante de cargas no lineales, equipos que
poseen normalmente una fuente de alimentación conmutada, con un circuito de entrada con condensador
y diodos de características no lineal.
220 VCA
Fig.15 – Diagrama en bloques de una fuente de alimentación conmutada (switching)
fuente de alimentación
5 VDC
carga electrónica de CC
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_19
La fuente conmutada, convierte tensión alterna en una continua pulsante por medio del rectificador de
onda completa, para cargar un condensador de gran capacidad hasta el valor máximo de la tensión de
línea. Luego el equipo absorbe corriente continua del condensador para alimentar al resto del equipo.
Fig.16 – Componentes de una fuente conmutada
fuente de alimentación
puente rectificador
condensador de gran capacidad
+ _
switching
Una carga no lineal, puede representarse mediante una resistencia en paralelo, con varios generadores
de corriente funcionando a frecuencias armónicas.
Fig.17 – Circuito eléctrico equivalente de una carga no lineal
50 Hz
R
150 Hz
250 Hz
350 Hz
señal distorsionada
La resistencia (R), conduce corriente a la frecuencia fundamental; los generadores de corriente
armónica bombean corriente a frecuencias más elevadas, todas se suman y forman la corriente
distorsionada que será absorbida por la carga no lineal, y que entra al sistema de distribución eléctrica
en el punto en donde la carga está conectada al sistema de alimentación.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_20
2.2 Modelo Matemático para el Análisis Armónico
Como sabemos, en ciertos equipos electrónicos se presentan formas de onda del tipo no sinusoidal
periódicas para sus señales de corriente y/o tensión (principalmente las de entrada), las cuales son
difíciles de representar a través de una ecuación matemática simple. Esto lleva a utilizar la
herramienta matemática denominada Series Trigonométricas de Fourier, la que tiene la característica
de poder representar cualquier señal periódica como una suma de funciones sinusoidales.
2.2.1 Series Trigonométricas de Fourier
Cualquier forma de onda periódica, o sea una por la cual f(t) = f(t + T), puede expresarse con las
series de Fourier siempre que cumpla las condiciones siguientes:
(1) Si es discontinua, solamente habrá un número finito de discontinuidades en el periodo T.
(2) Tiene un valor promedio finito en el periodo T.
(3) Tiene un número finito de máximos positivos y negativos en el periodo T.
Cuando las condiciones anteriores, llamadas Condiciones de Dirichlet, se satisfacen, existen las series
de Fourier y pueden escribirse en la forma trigonométrica:
(Ec. 7)
(( ))
(( )) ∑∑∑∑====
++++==
++++++++++++++++==N
1nn
N
1nn02
1
n21n21021
tnsenbtncosaatf
tnsenb...t2senbtsenbtncosa...t2cosatcosaatf
ωωωω
ωωωωωωωωωωωω
Los coeficientes de Fourier, señalados con las letras a y b, se determinan para una forma de onda
dada por la evaluación de integrales.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_21
La integral de evaluación del coeficiente de los cosenos se obtiene multiplicando ambos miembros de
la ecuación anterior (Ec.7), por cos nω t e integrando sobre un periodo completo. El periodo de la
fundamental, 2π/ω, es el periodo de las series, ya que cada término en las series tiene una frecuencia
que es múltiplo integral de la frecuencia fundamental.
(Ec. 8)
(( )) ∫∫∫∫∫∫∫∫ ++++== ωωππ
ωωππ
ωωππ
ωωππ
ωωωωωωωωωω2222
0 n0
2n0 02
10
dttncostnsenbdttncosadttncosadttncostf
Las integrales definidas en el segundo miembro de la ecuación anterior (Ec. 8), son todas cero
excepto la que involucra cos2 nωt, que tiene el valor (π/ω) an. Entonces:
(( )) (( ))∫∫∫∫ ====T
00n dtT
nt2costfT2dttncostfa
2 ππωω
ππωω ωω
ππ
(Ec. 9)
Al multiplicar la ecuación (Ec. 7), por sen nωt e integrar en forma análoga al procedimiento indicado en
(Ec. 8), y aplicando que todos los miembros obtenidos son cero excepto la que involucra sen2 nωt, que
tiene el valor (π/ω) bn, se obtiene la integral de evaluación del coeficiente del seno.
(( )) (( ))∫∫∫∫ ====T
00n dtT
nt2sentfT2dttnsentfb
2 ππωω
ππωω ωω
ππ
(Ec. 10)
Una forma alterna en las integrales de evaluación con la variable x=ωt y el correspondiente periodo de
2π radianes se da:
(( ))
(( ))∫∫
∫∫==
==
ππ
ππ
ππ
ππ2
0n
2
0n
dxnxsenxF1b
dxnxcosxF1a (Ec. 11)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_22
Donde, F(x) = f(x/ω). Las integraciones se realizan de –T/2 a T/2, -π a +π, o sobre cualquier otro
periodo completo que pueda simplificar el cálculo. La constante a0 se obtiene de la ecuación (Ec. 9), o
la ecuación (Ec. 11), con n=0; sin embargo, ya que ½ a0 es el valor promedio de la función, en
ocasiones se determina por inspección de la forma de onda. Las series con coeficientes obtenidos de
las anteriores integrales de evaluación convergen uniformemente a las funciones en todos los puntos
de continuidad y convergen al valor medio en los puntos de discontinuidad.
Por ejemplo, analicemos la siguiente situación, en donde se desea encontrar la serie de Fourier para
la forma de onda:
ωt
Fig.18 – Forma de onda para el análisis de Fourier
0 2π 4π
10
La forma de onda de la figura 18 es periódica, del periodo 2π/ω en t ó 2π en ωt. Es continua para 0<ωt
< 2π y dada en ese contexto por f(t) = (10/2π)ωt, con discontinuidades a ωt=n2π donde n=0, 1, 2, ...N.
Las condiciones de Dirichlet se satisfacen.
El valor promedio de la función es 5 por inspección, y así ½a0 = 5. Para n > 0 y 5 da:
(( ))
(( )) 00cos2ncosn2
10a
tncosn1tnsen
nt
210tdtncost
2101a
22n
2
022
2
0n
==−−==
++==
== ∫∫
ππππ
ωωωωωω
ππωωωωωω
ππππ
ππππ
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_23
De este modo las series no contienen términos en cosenos. Luego:
(( ))
(( ))n
100cos2ncosn2
10b
tnsenn1tncos
nt
210tdtntsen
2101b
22n
2
022
2
0n
ππππ
ππ
ωωωωωω
ππωωωωωω
ππππ
ππππ
−−==−−==
++−−==
== ∫∫
Si se usan los coeficientes de los términos seno y el término promedio, la serie es:
(( ))
(( )) ∑∑∞∞
==
−−==
−−−−−−−−==
1n ntnsen105tf
tnsenn10.....t2sen
210tsen105tf
ωωππ
ωωππ
ωωππ
ωωππ
Los términos en seno y coseno de frecuencia similar pueden combinarse en un solo término de seno o
coseno con un ángulo de fase. Se obtienen así dos formas alternas de la serie trigonométrica:
(( )) (( ))
(( )) (( ))∑∑
∑∑
++++==
−−++==
nn021
nn021
tnsencatf
tncoscatf
φφωω
θθωω
donde:
==
==++== −−−−
n
n1n
nn1
n2
n2nn b
atgyabtg;bac φφθθ
En las expresiones anteriores, cn es la amplitud armónica, y los ángulos de fase armónica son θn ó φn.
2.2.2 Simetría de Formas de Onda
La serie obtenida en el ejemplo indicado en el punto anterior (señal diente de sierra), contiene solo
términos en seno en adición a un término constante.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_24
Otras formas de onda tendrán solo términos en coseno; algunas veces únicamente habrá armónicas
impares en la serie, ya sea que las series contengan términos en seno, coseno o ambos tipos de
términos. Éste es el resultado de ciertos tipos de simetría descrita por la forma de onda. Si se conoce
la simetría se reducen los cálculos al determinar las series de Fourier. Por ello son importantes las
siguientes definiciones:
(1) Una función f(x) se dice que es par si f(x)= f(-x).
La función f(x)=2+x2+x4 es un ejemplo de funciones pares ya que los valores funcionales x y –x son
iguales. El coseno es una función par, pues siempre se expresa como una serie de potencia.
......!10
x!8
x!6
x!4
x!2
x1xcos108642
++−−++−−++−−== (Ec. 12)
La suma o producto de dos o más funciones pares es una función par, y con la adición de una constante,
la naturaleza par de la función se mantiene.
(2) Una función f(x) se dice que es impar si f(x) = -f(-x).
La función f(x)=2+x3+x5 es un ejemplo de funciones impares ya que los valores de función para x y –x
son opuestos en signo. El seno es una función impar, puesto que puede expresarse como una serie
de potencia.
......!11
x!9
x!7
x!5
x!3
xxxsen119753
++−−++−−++−−== (Ec. 13)
La suma de dos o más funciones impares es una función impar, pero la adición de una constante, elimina
la naturaleza impar de la función. El producto de dos funciones impares es una función par.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_25
(3) Se dice que una función periódica f(x) tiene simetría de media onda si f(x) = -f(-x +
T/2), donde T es el periodo.
Al establecerse el tipo de simetría de una forma de onda, se llega a las siguientes conclusiones:
- Si la forma de onda es par, todos los términos de esta serie de Fourier son términos en coseno,
incluyendo una constante si la forma de onda tiene un valor promedio que no sea cero. Aquí no
es necesario evaluar la integral para los coeficientes bn ya que no hay términos en seno
presentes.
- Si la forma de onda es impar, la serie contiene solo términos en seno. La onda puede ser impar
sólo después de que su valor promedio sea sustraído. En tal caso su representación de Fourier
simplemente contendrá la constante y una serie de términos en seno.
- Si la forma de onda tiene una simetría de media onda, solamente están presentes en las series
armónicas impares. Esta serie contendrá ambos términos en seno y coseno a menos que la
función sea también par o impar. En cualquier caso, an y bn son iguales a cero para n=2, 4, 6, 8,
.... para cualquier forma de onda con simetría de media onda. La simetría de media onda también
puede estar presente sólo después de la sustracción del valor promedio.
2.2.3 Espectro de Línea
Una gráfica que muestra cada una de las amplitudes armónicas en la onda se llama espectro de línea.
Las líneas decrecen pronto para ondas con series rápidamente convergentes. Las ondas con
discontinuidades, como las ondas de dientes de sierra y cuadradas, tienen espectros con amplitudes
que descienden con lentitud ya que sus series tienen armónicas muy altas.
Con frecuencia, sus armónicas de décimo orden tendrán amplitudes de valor significativo en
comparación a la fundamental. En cambio, las series formadas de ondas sin discontinuidades y con
una apariencia general suave convergerán rápidamente y sólo requerirán unos cuantos términos para
generar la onda.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_26
La convergencia será evidente del espectro lineal donde las amplitudes de las armónicas decrecen
pronto, de modo que las armónicas arriba de la quinta o sexta armónica son insignificantes.
El contenido armónico y el espectro de línea de una onda son partes de la naturaleza íntima de la
onda y nunca cambian, independientemente del método de análisis.
(( ))1nbac
ac2
n2nn
021
0
≥≥++==
== (Ec. 14)
Por ejemplo, en la figura siguiente se muestra la onda con diente de sierra del ejemplo dado en 4.1, y su
espectro lineal.
ωt
Fig.19 – Forma de onda diente de sierra y su espectro de línea obtenida por Fourier
0 2π 4π
10
0 1 2 3 4 5 6 n
5
2.2.4 Valor Efectivo de una Señal no Sinusoidal
La definición de valor efectivo de señales alternas corresponde a un valor continuo capaz de generar
en una resistencia la misma potencia que la respectiva señal sinusoidal.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_27
Matemáticamente el valor efectivo de una señal cualquiera es igual a la siguiente expresión:
(( ))∫∫==T
0
2rms dttv
T1V (Ec. 15)
En una señal sinusoidal el valor efectivo es igual a la amplitud de la señal dividida por raíz de dos. En
el caso de señales no sinusoidales, el valor efectivo se puede evaluar empleando la definición, o bien
a través de su serie de Fourier. En este caso el valor rms es igual a:
∑∑∞∞
==
==1k
2Krms VV (Ec. 16)
En la ecuación anterior, VK es igual al valor efectivo de cada componente armónica.
2.2.5 Distorsión Armónica
El porcentaje de distorsión armónica se define para señales de tensión o corriente no sinusoidales.
Corresponde al cuociente entre el valor efectivo de las componentes armónicas y el valor efectivo de
la componente fundamental.
∑∑∞∞
==
××==2K
2K
1
VV100THDF (Ec. 17)
En señales continuas que presentan contenido armónico, el factor de distorsión se define como la
razón entre el valor efectivo de las componentes armónicas y el valor continuo.
∑∑∞∞
==
××==2K
2K
CC
VV100DF (Ec. 18)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_28
En ingles este último factor se conoce como Ripple Factor y el porcentaje de distorsión armónica
recibe el nombre de Total Harmonic Distortion Factor.
2.2.6 Factor de Potencia para Señales No Sinusoidales
Al existir señales de corriente o voltaje no sinusoidales, el factor de potencia total se define como el
producto del factor de potencia de desplazamiento y el factor de potencia por distorsión.
DIDET FPFPFP ××== (Ec. 19)
FPDE: Factor de potencia de desplazamiento, que corresponde al coseno del ángulo de desfase
entre las componentes fundamentales de tensión y corriente (cos ϕDE).
SPcos DE ==ϕϕ (Ec. 20)
FPDI: Factor de potencia de distorsión, que toma en consideración el flujo de potencia reactiva
aportado por las componentes armónicas (cos ϕDI).
SQP
II
cos22
rms
1DI
++====ϕϕ (Ec. 21)
2.3 Clasificación de los Armónicos
Cada armónico tiene un nombre, una frecuencia y una secuencia de giro.
Nombre F 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° Frecuencia 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Secuencia + - 0 + - 0 + - 0
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_29
En los sistemas de distribución de corriente alterna, las formas de onda de la parte positiva y negativa
de la corriente y la tensión, son casi iguales, por lo tanto, no hay ninguna componente de corriente
continua. En estas condiciones, no se generan armónicos de número par. Los restantes armónicos se
producen en tres secuencias según el efecto de la rotación de su fasor de corriente.
Cuanto mayor es la frecuencia, más rápida es la rotación del campo magnético.
Nombre F 3° 5° 7° 9° 11° 13° 15° 17° Frecuencia 50 150 250 350 450 550 650 750 850 Secuencia + 0 - + 0 - + 0 -
La rotación de los armónicos de secuencia positiva, incluida la frecuencia fundamental, es en el
sentido de las agujas del reloj. Mientras que el campo magnético producido por los armónicos de
secuencia negativa, giran en el sentido opuesto de las manecillas del reloj.
Los armónicos de secuencia cero denominados “triplens”, en lugar de girar, se suman linealmente en
el conductor neutro de los alimentadores y subalimentadores trifásicos de cuatro hilos.
Va
Fig.20 – Secuencias de giro de fasores
Vb
Vc
120° 120°
120°
(+)
Vc
Vb
Va
120°
120° 120°
(-)
Va Vb Vc
(0)
2.4 Efectos de los Armónicos
Los efectos de los armónicos se manifiestan en el sistema de distribución eléctrica que entrega
servicio a las cargas monofásicas y/o trifásicas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_30
Las cargas monofásicas no lineales suelen consistir en equipos informáticos conectados a bases de
enchufes y a cargas de alumbrado fluorescente con ballast electrónico, en oficinas y edificios
comerciales, mientras que las cargas trifásicas no lineales suelen encontrarse en instalaciones
industriales.
Como sabemos, los armónicos tienen un nombre, una frecuencia y una secuencia. En general
podemos decir que, en los sistemas trifásicos de alimentación de cuatro hilos, los armónicos de
secuencia positiva solo pueden producir recalentamiento de los conductores de fase, debido al calor
impuesto en estos por los valores rms de las señales (fundamental + armónico); luego, para evitar o
solucionar este problema, basta con sobredimensionar en un porcentaje dado, la sección de los
conductores, y utilizar sistemas de canalización de mayor diámetro, para poder disipar de mejor forma
el calor generado. Este aumento de la sección del conductor, se puede realizar a través de las tablas
de factores de corrección por temperatura (8.9 y 8.9a), que aparecen en la Norma Nacional NCH 4/84.
Un valor de temperatura aceptable de asumir en el ambiente de trabajo de los conductores (interior de
la canalización), cuando por estos es posible que circulen corrientes con contenido armónico de
secuencia positiva, es de 60°C.
Otra precaución a tomar en consideración, es la posibilidad que existe de que la protección automática
del circuito (interruptor termomagnético), opere por efecto del calor generado por los armónicos de
secuencia positiva, luego, se recomienda que en la determinación de su capacidad nominal, se utilicen
las tablas de corrección por temperatura que entregan los fabricantes, y asumir el mismo valor dado
para el caso de los conductores (60°C). De cualquier forma, es importante recordar que la capacidad
nominal de la protección debe ser menor a la capacidad de transporte de los conductores protegidos.
Los armónicos de secuencia positiva, no producen daños en el neutro compartido del sistema trifásico
de cuatro hilos, debido a que se cancelan mutuamente en el punto común, debido a que presentan un
desfase entre sí de 120°.
En el caso de los motores de inducción, estos sufren daños por los armónicos de secuencia positiva,
debido a que estos armónicos, giran en el mismo sentido del campo magnético inductor producido por
la señal fundamental, luego producen un efecto de calentamiento dado por el delta de deslizamiento.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_31
Los armónicos de secuencia negativa producen los mismos efectos sobre los conductores y
protecciones que los de secuencia positiva, pero el efecto sobre los motores de inducción es más
severo.
Los armónicos de secuencia negativa giran en la dirección contraria del campo magnético inductor,
por lo tanto, producen un freno magnético en los motores, y por ende, su calentamiento y eventual
falla.
Los armónicos de secuencia cero, no afectan a los motores de inducción, pero sí a los conductores de
neutro compartido del sistema trifásico de cuatro hilos, debido a que estos armónicos se suman
linealmente en este conductor, pudiendo producir en él, sobrecorrientes de hasta un 130% mayores
en sistemas desequilibrados, que la corriente de los conductores de fase.
Como los armónicos de secuencia cero son los más comunes en instalaciones de oficinas y recintos
comerciales, analizaremos en mayor detalle a estos, en los sistemas trifásicos de cuatro hilos que
alimentan a cargas monofásicas no lineales, productoras principalmente del tercer armónico.
Como sabemos, en un sistema trifásico equilibrado, las corrientes de las fases, en el punto estrella o
neutro común, se anulan entre sí. Ahora bien, si esto lo aplicamos a una red eléctrica trifásica de
cuatro hilos con carga monofásica lineal, se puede establecer lo siguiente: “en un sistema trifásico
equilibrado de cuatro hilos, que alimenta a cargas monofásicas lineales, la sumatoria de las corrientes
de cada neutro individual dada por las corrientes de cada fase, se anulan entre sí, en la barra de
conexiones, puente común o neutro compartido”.
La cancelación de las corrientes aludidas en el párrafo anterior, es debido al desfase de 120° que
presentan una respecto a la otra, debido al sistema de tensiones trifásicas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_32
Por ejemplo, analicemos la siguiente situación teórica:
Fig. 21 – Red elemental trifásica de cuatro hilos con carga monofásica lineal
L1
L2
L3
TS
TP
IF1 →→
IF2 →→
IF3 →→
IN1
↓↓
IN2 ↓↓
IN3
↓↓
←← IN
Para el análisis se consideraran los siguientes supuestos:
(a) Las cargas tienen factor de potencia unitario.
(b) La impedancia de las cargas será de 48,5 Ω, equivalente a una potencia (en términos de la
equivalencia de corriente), de aproximadamente 1kW).
(c) Los ángulos de las tensiones monofásicas según la estrella (secundario del transformador), de
la figura 21 serán:
VF1 = ∠90°
VF2 = ∠-30°
VF3 = ∠-150°
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_33
(d) Las corrientes de cada neutro individual serán iguales a las corrientes de las fases, en amplitud
y ángulo.
Si calculamos las corrientes de cada fase según la ley de Ohm, obtendremos los siguientes valores:
(( ))
(( ))
(( ))A15054,405,48150220
ZV
II
A3054,405,4830220
ZV
II
A9054,405,48
90220ZV
II
3
3F3N3F
2
2F2N2F
1
1F1N1F
°°−−∠∠==°°∠∠
°°−−∠∠======
°°−−∠∠==°°∠∠
°°−−∠∠======
°°∠∠==°°∠∠°°∠∠
======
Luego, la corriente del neutro compartido (IN), será igual a la suma fasorial de las corrientes de cada
neutro individual, por lo tanto:
(( )) (( )) (( )) (( ))(( ))A00I
0j027,2j93,327,2j93,354,4j0I
15054,43054,49054,4IIIII
N
N
3
1i3N2N1NNiN
°°∠∠==
++==−−−−++−−++++==
°°−−∠∠++°°−−∠∠++°°∠∠==++++====
→→
→→
==
→→→→→→→→→→
∑∑
Según el resultado anterior, podemos concluir que el postulado indicado anteriormente se cumple
efectivamente.
“En un sistema trifásico equilibrado de cuatro hilos, que alimenta a cargas monofásicas lineales, la
sumatoria de las corrientes de cada neutro individual dada por las corrientes de cada fase, se anulan
entre sí, en la barra de conexiones, puente común o neutro compartido”.
Tal como se indico anteriormente, los armónicos de secuencia cero, se suman linealmente en el
conductor de neutro compartido, lo que significa que solo las porciones a frecuencia fundamental de
las corrientes de fase se anulan entre sí en dicho punto.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_34
Por ejemplo, analicemos la siguiente situación teórica:
Fig. 22 – Red elemental trifásica de cuatro hilos con carga monofásica no lineal
L1
L2
L3
TS
TP
IF1 →→
IF2 →→
IF3 →→
IN1
↓↓
IN2 ↓↓
IN3
↓↓
←← IN
Para el análisis se consideraran los siguientes supuestos:
(a) Las cargas tienen factor de potencia unitario.
(b) La impedancia de las cargas será de 48,5 Ω, equivalente a una potencia (en términos de la
equivalencia de corriente), de aproximadamente 1kW).
(c) Los ángulos de las tensiones monofásicas según la estrella (secundario del transformador), de
la figura 22 serán:
VF1 = ∠90°
VF2 = ∠-30°
VF3 = ∠-150°
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_35
(d) Las corrientes de cada neutro individual serán iguales a las corrientes de las fases, en amplitud
y ángulo.
(e) Las corrientes de cada fase están contaminadas en un 25%, por corrientes de tercer armónico.
Si calculamos las corrientes de cada fase según la ley de Ohm, obtendremos los siguientes valores:
(( ))
(( ))
(( ))A15054,405,48150220
ZV
II
A3054,405,4830220
ZV
II
A9054,405,48
90220ZV
II
3
3F3N3F
2
2F2N2F
1
1F1N1F
°°−−∠∠==°°∠∠
°°−−∠∠======
°°−−∠∠==°°∠∠
°°−−∠∠======
°°∠∠==°°∠∠°°∠∠
======
Según la condición indicada en el punto (e), solo un 75% de las corrientes calculadas anteriormente
corresponden a la frecuencia fundamental (primer armónico), y por lo tanto, el restante 25%
corresponde a corrientes armónicas de 150 Hz (tercer armónico).
Por lo expuesto anteriormente, los valores de corriente (en los neutros individuales), separados en
fundamental (I1°N) y tercer armónico (I3°N), serían los siguientes:
(( ))(( ))(( ))
(( ))(( ))(( ))A14,154,425,0I35,0IA14,154,425,0I35,0IA14,154,425,0I35,0I
A15041,354,475,0I75,0IA3041,354,475,0I75,0I
A9041,354,475,0I75,0I
3N3N3
2N2N3
1N1N3
3N3N1
2N2N1
1N1N1
==××==××==
==××==××==
==××==××==
°°−−∠∠==××==××==
°°−−∠∠==××==××==
°°∠∠==××==××==
°°
°°
°°
°°
°°
°°
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_36
Luego, la corriente del neutro compartido (IN), será igual a la suma fasorial de las corrientes de primer
armónico de cada neutro individual, más, la sumatoria lineal de las corrientes de tercer armónico de
cada neutro individual; por lo tanto:
(( )) (( )) (( )) (( ))(( ))
(( ))
(( )) (( ))A42,342,30j0I
A42,314,114,114,1IIIII
A00I
0j0705,1j95,2705,1j95,241,3j0I
15041,33041,39041,3IIIII
III
N
3
1i3N32N31N3Ni3N3
N1
N1
3
1i3N12N11N1Ni1N1
N3N1N
==++++==
==++++==++++====
°°∠∠==
++==−−−−++−−++++==
°°−−∠∠++°°−−∠∠++°°∠∠==++++====
++==
∑∑
∑∑
==°°°°°°°°°°
°°
→→
°°
→→
==
→→
°°
→→
°°
→→
°°
→→
°°°°
→→
°°°°
→→
Según el resultado anterior, podemos concluir que el postulado para este caso sería el siguiente:
“En un sistema trifásico equilibrado de cuatro hilos, que alimenta a cargas monofásicas no lineales, la
sumatoria de los porcentajes de las corrientes a frecuencia fundamental de cada neutro individual
dada por las corrientes de cada fase, se anulan entre sí, en la barra de conexiones, puente común o
neutro compartido, mientras que los porcentajes de corriente a frecuencia armónica de secuencia
cero, se suman linealmente en él”.
El problema anterior se torna muy peligroso, debido a que en nuestro medio, se tiende a
subdimensionar la sección del conductor neutro del alimentador o subalimentador trifásico de cuatro
hilos (normalmente representa un 50% de la sección de los conductores de fase), y peor aún, no se
tiene la cultura de utilizar interruptores automáticos tetrapolares con protección de neutro.
Una corriente excesiva en el conductor neutro produce también, caídas de tensión superior a lo
normal (entre 0,1 y 1 volts), entre neutro y tierra en las bases de enchufe.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_37
Lamentablemente en nuestro medio existe todavía la creencia que el voltaje entre neutro y tierra en
las bases de enchufe de las redes eléctricas que alimentan a computadores, es debida al mal
dimensionamiento de la puesta a tierra de protección, y por lo tanto, cuando aparecen tensiones por
sobre 1 (V), se hacen gastos elevados en ella, agrandándola en tamaño, sobrerellenando el terreno en
donde se encuentra instalada con aditivos químicos, o utilizando otros medios para reducir su valor de
resistencia. Pues bien, ya que el voltaje aludido se presenta por sobrecorriente en el neutro
compartido del sistema trifásico, bastará solo con agrandar su sección y con esto se logra reducir
dicha tensión.
En edificios de gran potencia instalada, se utilizan normalmente transformadores de alimentación
particulares, los que tienen la configuración delta–estrella aterrizado. Cuando las corrientes armónicas
triplens lleguen al secundario del transformador conectado en estrella a través del neutro, estos se
reflejarán en el primario conectado en delta, circulando estas por el mismo (primario), y provocando
sobrecalentamientos y averías en el transformador.
Los generadores o grupos electrógenos, están sujetos al mismo tipo de problemas de
sobrecalentamiento que los transformadores, pero que debido a que se utilizan como fuentes de
alimentación de emergencia para cargas productoras de armónicos, a menudo son incluso más
vulnerables.
Además de sobrecalentamiento, algunos tipos de armónicos provocan distorsión en los cruces por
cero de la onda de corriente, lo que origina perturbación e inestabilidad de los circuitos de control del
generador.
2.5 Detección de la Presencia de Armónicos
Los armónicos son más fáciles de detectar, si se dispone de los instrumentos adecuados, como por
ejemplo, un multímetro de verdadero valor rms o también llamado true rms, el que deberá ser capaz
de realizar una lectura de valor máximo instantáneo en un milisegundo (1 ms), para poder capturar el
valor máximo del semiperiodo de la onda de corriente. También deberá tener un factor de cresta igual
a tres como mínimo y deberá poder medir también la frecuencia de la corriente.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_38
El término true rms, está directamente relacionado con el valor que los armónicos producen en los
componentes del sistema de distribución eléctrica.
Si una forma de onda distorsionada y otra sinusoidal pura producen igual cantidad de calor en una
carga resistiva, se dice que ambas formas de onda tienen el mismo valor eficaz.
No todos los instrumentos del mercado proporcionan lecturas correctas de las ondas distorsionadas. La
mayoría de los instrumentos portátiles de bajo costo están calibrados en valor eficaz, pero proporcionan
lecturas de valor medio. Esto significa que
proporcionan lecturas correctas de ondas
sinusoidales puras, y que para ondas distorsionadas,
presentan lecturas inferiores a la correcta. En cambio,
los instrumentos provistos de convertidores de valor
eficaz (true rms), proporcionan lecturas correctas de
cualquier forma de onda, comprendida dentro de los
límites del factor de cresta y ancho de banda del
instrumento.
Señal
sinusoidal Señal
cuadrada Señal distorsionada
Tipo de Instrumento
Tradicional lectura correcta lectura 10% mayor a la correcta
lectura 40% menor a la correcta
True rms
lectura correcta lectura correcta lectura correcta
El factor de cresta de un instrumento de valor eficaz indica el valor máximo de la señal que puede
medir sin errores.
Fig.23 – Instrumentos FLUKE true rms
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_39
El factor de cresta de una onda es la relación entre el valor máximo y el valor eficaz. En una onda
sinusoidal pura, el factor de cresta tiene un valor de 1,414.
rms
max
VV
eficazValormáximoValor
FC ==== (Ec. 22)
Un instrumento de buena calidad, es aquel que tiene un factor de cresta nominal, igual a tres como
mínimo, a la máxima lectura de la escala. Este valor es más que suficiente en la medición de
corrientes, en la mayoría de los sistemas de distribución eléctrica.
Una vez de haberse asegurado que el instrumento que se tiene, es un true rms, los pasos a seguir para
detectar la presencia de armónicos es la siguiente:
2.5.1 Inventario de Cargas
Se trata de realizar un levantamiento de cargas y distinguir la clase de éstas, presente en el sistema
eléctrico.
Si el sistema contiene muchos computadores e impresoras, motores de velocidad regulable, controles
electrónicos de calefacción y ciertos tipos de alumbrado fluorescente, es muy probable que exista la
presencia de armónicos.
2.5.2 Comprobación del Calentamiento de los Transformadores
Localizar los transformadores que alimentan cargas del tipo no lineales y observar en ellos si se
calientan demasiado. Comprobar también que las aberturas de ventilación estén despejadas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_40
2.5.3 Corriente del Secundario de los Transformadores
Comprobar la corriente del secundario del transformador mediante el uso de un multímetro con lectura
de valor eficaz.
Comprobar que la capacidad de tensión (calibre), del equipo de medida (multímetro), sea adecuada
para el transformador que se va a medir.
Medir la corriente del secundario del o los transformadores en cada fase y en el neutro.
Comparar el valor de la corriente medida en el neutro, con el valor previsto en función del desequilibrio
entre fases. Si la corriente del neutro es más alta de lo previsto, es probable que existan armónicos
triplens y se tenga que reducir la potencia del transformador.
Medir la frecuencia de la corriente del neutro. Una lectura de 150 Hz sería el valor típico de una
corriente de neutro compuesta en su mayor parte de terceros armónicos.
2.5.4 Comprobación de la Corriente de Neutro de los Tableros de Distribución
Comprobar los tableros de distribución que alimentan a cargas armónicas. Medir la corriente del
neutro de cada circuito y comparar el valor obtenido con la capacidad nominal correspondiente a la
sección del conductor utilizado.
Comprobar si existen signos de calentamiento o cambios de color en la barra de distribución neutra y
en las conexiones de alimentación.
2.5.5 Comprobación de la Tensión entre Neutro y Tierra en las Bases de Enchufes
En ocasiones es posible detectar la sobrecarga del neutro de los circuitos que van a las bases de
enchufe, midiendo la tensión entre el neutro y la tierra en éstas últimas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_41
Para ser normal la lectura, ésta debería ser igual o inferior a 1 volts. Una tensión más alta significaría
que puede haber problemas, dependiendo de la longitud del tendido, la calidad de las conexiones, etc.
Medir la frecuencia. Una lectura de 150 Hz indicaría una fuerte presencia de armónicos. Un valor de
50 Hz implicaría desequilibrio entre fases.
2.6 Recomendaciones para Reducir los Efectos de los Armónicos
Para el caso de instalaciones que cuenten con un transformador particular, una de las formas de
reducir la sobrecarga en este, debido a la presencia de armónicos en la señal eléctrica, consiste en
limitar su carga o desclasificarlo.
El método de desclasificación dado por la IEEE “Recommended Practice for Establishing Transformer
Capability when Supplying Non Sinusoidal Load Currents”, es el más riguroso, y sirve para cargas
trifásicas como monofásicas. Para su uso, se requieren los datos de fabrica del transformador y los del
analizador de armónicos.
Para el caso especial de transformadores trifásicos particulares, que alimentan a cargas monofásicas
no lineales, existe un método alternativo, establecido por la Asociación de Fabricantes de
Ordenadores y Equipos de Oficina (CEBMA España). Este método de desclasificación, solo debe
utilizarse para el caso de cargas monofásicas.
Se deben medir los valores de corriente máxima y eficaz de cada conductor de fase en el secundario
del transformador. En el caso de que las fases no estén equilibradas, se deberá calcular el promedio
de los valores obtenidos (IP).
3IIII
3IIII
max3Lmax2Lmax1LmaxP
rms3Lrms2Lrms1LrmsP
++++==
++++==
(Ec. 23)
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_42
Con los datos ya establecidos, se determina factor de desclasificación del transformador (THDF), por
medio de la siguiente expresión:
maxP
rmsP
II414,1
THDF××
== (Ec. 24)
Esta formula da como resultado un factor de desclasificación comprendido entre 0 y 1. Un valor igual a
uno, indica que no hay armónicos presente, por lo que no se requiere ninguna desclasificación.
A medida que aumenta el valor máximo de la corriente de fase, disminuye el factor de
desclasificación, lo que significa que es necesario disminuir la capacidad del transformador.
La desclasificación del transformador para una carga armónica, es el producto entre el valor nominal
de la máquina en kVA, por el factor de desclasificación (THDF), para supresión de armónicos.
Lo anterior, expresado en una ecuación, adopta la siguiente estructura:
kVA1kVA2 STHDFS ××== (Ec. 25)
S2kVA : Potencia del transformador desclasificado (kVA)
THDF : Factor de desclasificación (°/1)
S1kVA : Potencia nominal del transformador (kVA)
En el caso de las redes interiores, las recomendaciones generales para poder reducir el efecto de las
armónicas son las siguientes:
- Reducir el número de bases de enchufe de computación por circuito, a no más de ocho equipos
(CPU + Monitor).
- Aumentar la sección del neutro compartido y barra de conexión de neutro, al doble de la sección
nominal de los conductores de fase y barras de fase respectivamente.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_43
- Aumentar el diámetro de los ductos de la canalización de los circuitos de alimentación de
enchufes de computación, como los ductos del alimentador de computación, en al menos un 50%
del diámetro normal requerido. En el caso de utilizar bandejas portaconductores, la sección a
ocupar no deberá exceder del 20% de la sección transversal. Todo esto es con la intención de
permitir una mejor disipación del calor.
- Utilizar alimentadores y subalimentadores totalmente dedicados para las redes eléctricas que
alimentan a cargas computacionales.
3.0 La Instalación Eléctrica Interior y la Línea Informática
En todas las instalaciones interiores ya sea en alta o baja tensión, según lo dispuesto por la Norma
NCH 4/84, el conductor de neutro se conecta a tierra en el punto más cercano al empalme, por medio
de alguna configuración de electrodos de puesta a tierra. A esta conexión se le denomina puesta a
tierra de servicio.
Cuando las carcazas de los equipos eléctricos integrantes de la instalación están interconectadas
entre sí, y a la ves conectadas a tierra, a esta se le llama tierra de protección.
El concepto de tierra de protección es uno de los más importantes y menos entendido por los
responsables de diseñar las instalaciones eléctricas, al igual que por los jefes de sistemas, técnicos e
instaladores de computadores, constituyéndose en el capítulo más violado de la reglamentación
eléctrica nacional.
La finalidad primordial de la tierra de protección, es garantizar la integridad de las personas
que estén en contacto directo con equipos eléctricos o con sus gabinetes metálicos, limitando su
tensión en caso de una descarga eléctrica por pérdida de aislación o contacto directo, y garantizando
el disparo inmediato de los protectores diferenciales. Además, en el caso de los computadores, la
tierra debe servirles de referencia común para los circuitos digitales y las comunicaciones
electrónicas.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_44
En nuestro país, existe la costumbre de proyectar e instalar puestas a tierra de protección
independientes para los sistemas de computación, por que supuestamente “es lo que las normas
exigen”. Si recordamos que el esquema de neutro que tradicionalmente se utiliza en Chile es el
denominado neutralización, al respecto la norma NCH 4/84 en su capítulo 9 indica lo siguiente:
9.2.7.5.- Neutralización.- Este sistema consiste en unir las masas de la instalación al conductor neutro, de forma tal que las fallas francas de aislación se transformen en un cortocircuito fase neutro, provocando la operación de los aparatos de protección de circuito. Ver hoja de norma Nº13. En este sistema deben cumplirse las siguientes condiciones:
- La red de distribución deberá cumplir lo establecido en 10.1.6. - Los dispositivos de protección deberán ser disyuntores o fusibles. - La corriente de falla en el punto asegurará una operación de las protecciones en un tiempo no
superior 5 segundos. - Todas las carcazas de los equipos deberán estar unidas a un conductor de protección, el
que estará unido al neutro de la instalación.
Tal como lo indica el párrafo anterior (señalado con negrilla), es falso aquella indicación dada respecto
a la puesta a tierra de computación. Es más, desde el punto de vista técnico esta costumbre (puesta a
tierra independiente), no protege contra cortocircuitos monofásicos a tierra, y en caso de presentarse
un rayo en el transformador público, se producen arcos de corriente entre el neutro y la tierra que
pueden quemar el computador aunque se encuentre apagado o tenga regulador de voltaje, UPS o
supresor de transcientes.
3.1 Requisitos Especiales para los Computadores
Utilizar una línea de tierra aislada (no confundir con una puesta a tierra independiente), que no sea
compartida por otros equipos ni toque los conductos, las cajas, ni los gabinetes metálicos de la
instalación eléctrica para evitar el "ruido eléctrico" inducido por cortos o fallas en otros circuitos.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_45
Verificar que el voltaje entre el neutro y la tierra en el tomacorriente del computador permanezca por
debajo de un volts para garantizar la seguridad de las comunicaciones electrónicas entre los distintos
componentes de computador (y entre éste y los demás computadores interconectados en red).
Para lograr una línea de tierra aislada se debe instalar un cable dedicado (entiéndase un alimentador
completo en términos de fases, neutro y tierra), y preferiblemente sin empalmes, desde la "barra
principal de conexiones" del tablero general hasta las tomas de los computadores (pasando
obviamente por el tablero de distribución exclusivo para computación).
Con la configuración de tierra de servicio y protección unidas (neutralización), el voltaje que se
presenta entre ellos no es más que la caída de tensión en el cable del neutro entre dicha unión y el
tomacorriente, y es proporcional a la corriente que circula a través del cable y a su resistencia eléctrica
(Voltaje = Corriente x Resistencia). Obsérvese que la línea de tierra aislada conserva cero voltios en
toda su extensión ya que, en condiciones normales, no circula una corriente importante a través de
ella. Por lo tanto, las únicas formas de reducir el voltaje entre neutro y tierra, permitidas son:
Aumentar la sección del conductor de neutro compartido, con esto se reduce la resistencia de
este, logrando disminuir su potencial respecto a tierra.
Reducir la longitud de los cables de alimentación y por lo tanto su resistencia, instalando un
transformador de aislamiento lo más cerca posible a los computadores.
Del panorama anterior se desprende que la solución más fácil, práctica y económica para satisfacer
las recomendaciones de los fabricantes de computadores, es crear un nuevo sistema eléctrico
"derivado separadamente" por medio de un transformador de aislamiento.
Un transformador de aislación está equipado con pantalla electrostática o bobinado mediante carrete
separador, permite obtener una atenuación importante de ruidos y parásitos. La atenuación de éstos
depende de la concepción y calidad del mismo. No soluciona variaciones de tensión, cortes ni
microcortes, ni tampoco ruidos de línea de tierra, dado que éste conductor no se puede interrumpir. Su
utilidad estriba únicamente en la atenuación de ruidos en modo común. Un transformador de aislación,
completa las soluciones ofrecidas por una línea dedicada, pero no la sustituye.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_46
Para mejorar la calidad del suministro eléctrico en la red dedicada de alimentación para
computadores, se deberán utilizar acondicionadores de red.
Es casi imposible encontrar en el mercado un transformador de aislamiento de propósito general, pues
existen muchas variables técnicas y un sinfín de accesorios que dependen de la aplicación específica
que se les quiera dar. Sin embargo, existen equipos que incorporan el transformador de aislamiento y
se conocen con el nombre de acondicionadores de red.
Antes de adquirir un acondicionador de voltaje debe verificar que se trate de una marca reconocida y
que posea realmente el transformador de aislamiento (debe marcar "corto" entre la tierra y el neutro
de salida y "circuito abierto" entre éstos y el neutro de entrada). Algunas marcas, incluso extranjeras,
ofrecen simples reguladores con supresores de transcientes como "acondicionador de voltaje" o "line
conditioner / stabilizer".
La función principal de un acondicionador de voltaje es corregir una mala instalación eléctrica,
simulando una nueva subestación que proporciona las tres líneas de alimentación que requiere su
computador (fase, neutro y tierra), y eliminando por completo el voltaje entre el neutro y la tierra
(causa principal de los daños en los computadores). Un buen acondicionador también está en
capacidad de regular el voltaje entre el vivo y el neutro, tal como lo hacen los reguladores.
La gran ventaja de los acondicionadores de voltaje es que aunque se conecten con la polaridad
invertida o no tengan una buena instalación de tierra, los equipos conectados a ellos "sienten" una
instalación ideal. La única forma segura de utilizar un supresor de transcientes, un regulador o
un UPS es teniendo una instalación eléctrica adecuada o conectándolos a la salida de un
acondicionador con transformador de aislamiento.
Aunque casi todos los equipos electrónicos modernos trabajan entre 212 y 242 VAC (volts de corriente
alterna) a 50 ó 60 Hertz (ciclos por segundo), no todos consumen la misma potencia (watts o volts-
amperes). Para calcular la potencia total en volts-amperes (VA) de los computadores y sus
accesorios, sume todos los "consumos de placa" (localizada generalmente por detrás o por debajo),
de los equipos. Si el consumo aparece en watts (W) divídalo por 0,67 (factor de potencia típico de los
computadores), y si aparece en amperes (A) multiplíquelo por 220 (V) o por el voltaje nominal que
aparezca en la placa.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_47
Es posible que el cálculo anterior le sugiera adquirir un acondicionador mayor del que realmente
necesita, ya que en muchos equipos la corriente de placa sólo se presenta al encenderlos (cuando
están fríos), y puede ser hasta 20 veces mayor que en estado estable. Por lo tanto, si tiene la
precaución de encender cada componente por separado, podrá conectar fácilmente dos, tres o más
computadores personales (dependiendo de su configuración), a un buen acondicionador de 1 KVA
(1000 VA), o entre cinco y diez a uno de 2 KVA. La impresoras modernas de inyección de tinta
consumen menos de 50 VA, pero las láser suelen consumir alrededor de 1 KVA.
En resumen, un adecuado sistema eléctrico para una red de computación deberá tener los siguientes
componentes:
(a) Una línea de alimentación dedicada.
(b) Una acondicionador de red.
(c) Un transformador de aislación.
(d) Un supresor de transcientes.
(e) Una fuente autónoma de alimentación en caso de corte de suministro.
El último punto (c), no se refiere a un grupo generador de apoyo de energía, si no a los equipos
denominados UPS. Aunque exista un grupo generador en la instalación, este se tarda unos pocos
segundos (asumiendo que cuentan con transferencia automática), en poder suministrar energía a la
instalación en el caso de faltar el suministro de la compañía, luego se presentarán microcortes de
tensión que evidentemente provocarían la detención y perdida de información en los computadores
(servidores y computadores finales).
3.2 Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (UPS)
Las UPS son equipos electrónicos especiales que mediante un sistema de baterías, cargador de
baterías y ondulador, pueden seguir suministrando corriente alterna de alta calidad después de haber
ocurrido un apagón sin que lo detecten los equipos conectados a ellos.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_48
La autonomía o tiempo durante el cual puede una UPS seguir suministrando energía eléctrica,
generalmente es del orden de 5 a 10 minutos a plena carga o 15 a 30 minutos a media carga. Sin
embargo, depende de la capacidad de las baterías utilizadas (recargables y libres de mantenimiento
en casi todos los nuevos modelos), y de la potencia requerida por los equipos conectados.
En la actualidad existen muchos diseños diferentes o topologías de UPS. Los nombres de los modelos
pueden variar dependiendo de los fabricantes. A continuación se indican las topologías más comunes
presentes en nuestro país.
3.2.1 Topología ON-LINE
La red alimenta al cargador de baterías y al ondulador. De este modo nos encontramos con las
baterías en paralelo con el ondulador, por lo tanto, cualquier corte o microcorte queda suplido por las
baterías. Se garantiza el aislamiento de la red, por medio del transformador separador existente en el
cargador de baterías. La tensión de salida la proporciona siempre el ondulador, por tanto, se garantiza
la estabilización de salida, la estabilidad en frecuencia y la ausencia de perturbaciones. No existe
transferencia Red-UPS ni UPS-Red, puesto que es el ondulador, quien está permanente trabajando y
suministrando energía a la salida.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_49
Existe también la posibilidad de BYPASS, el cual debe garantizar, por redundancia, el suministro a la
salida en caso de falla en la red. La presencia ó incorporación del Bypass no debe ir en detrimento del
poder de sobrecarga del ondulador, puesto que no debe ser usual, la intervención del mismo, en las
sobrecargas de conexión de los equipos informáticos, ya que en caso de ausencia de Red, no se
podría conectar la carga, pese a tener las baterías en condiciones.
Como puede observarse en la figura anterior, el conmutador de la salida esta normalmente en la
posición "O", por lo tanto, el ondulador alimenta la carga y el control del Bypass supervisa esta
alimentación. En caso de producirse alguna anomalía el conmutador cambia a la posición "R", será
por lo tanto, la Red quien alimentará a la carga en estas circunstancias. Cuando el control del Bypass
observe restaurado el funcionamiento del ondulador, ó haya desaparecido la anomalía que ha
provocado la intervención, devolverá la alimentación al ondulador.
Es importante observar que dado que el Bypass se comporta como sistema redundante de seguridad,
en la intervención del mismo no debe perderse el aislamiento, característica fundamental que debe
aportar un UPS ON-LINE, por lo tanto, el Bypass deberá incorporar transformador de aislación, para
garantizar ésta característica durante su intervención.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_50
La característica señalada en el párrafo anterior es fácilmente olvidada por algunos equipos, que
consiguen reducidas dimensiones al incorporar técnicas de alta frecuencia. Esta tecnología, la primera
históricamente en ser utilizada, es la que aporta mayor grado de protección en su salida, ya que ésta,
es totalmente independiente de la entrada.
Las condiciones de trabajo extremas desde un punto de vista de red eléctrica, es decir, referentes a la
entrada, dependen de la concepción del cargador de baterías a los que actualmente ya se dota de
corrector de factor de potencia, con lo cual, se consume corriente senoidal a la entrada, a la vez que
se consigue bajar los niveles de tensión de red a los que todavía se carga la batería.
El ondulador, construido generalmente con tecnología PWM y semiconductores MOSFET o IGBT,
aporta las características de salida. En cualquier caso, ésta topología la más segura y de mayor grado
de protección, es cara y voluminosa, lo cual da paso a las siguientes topologías, cuya evolución tiende
siempre a imitar las prestaciones de una configuración ON-LINE.
3.2.2 Topología OFF-LINE
Parte del criterio de reducir costos, por ello la base es proteger sólo en caso de necesidad, de tal
forma que la red alimenta a la carga normalmente y tan sólo interviene el ondulador en caso de fallo
de red ó red excesivamente baja o alta, mediante la acción del conmutador C.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_51
Podríamos decir, que la red está controlada dentro de un intervalo de tensión máxima y mínima, y por
lo tanto, la carga que estamos alimentando deberá soportar los límites de tensión a los que interviene
el equipo. Normalmente no se produce un aislamiento entrada-salida y existe un inevitable tiempo de
transferencia Red-UPS-Red. Dicho tiempo puede llegar a ser muy corto (1ms), sin embargo, durante
este tiempo son los condensadores de filtro de la carga quienes mantienen la energía.
Como podrá observarse, existen los mismos bloques que en una configuración ON-LINE, cargador de
baterías, baterías y ondulador, sin embargo, se le añade un bloque más que es el supervisor de red,
elemento que permite detectar una posible falla de ésta y conmutar "C", para que sea el ondulador,
quien pase a alimentar la salida. Bajo este criterio, el ondulador sólo trabajará el tiempo de descarga
de la batería, apurándose hasta el límite las características de los semiconductores de potencia. A su
a vez, la batería es cargada de forma lenta por el cargador, cuando existen condiciones correctas de
red.
Queda a criterio del fabricante, la elección de los límites de dimensionado y temperatura de trabajo de
los distintos componentes, para conseguir un equipo con una determinada fiabilidad-costo.
Siendo la topología OFF-LINE, las más económica y en muchos casos suficiente, dista de ser la más
adecuada para realizar una protección total, parámetros como aislamiento, tiempo de transferencia y
límites de protección por red alta-baja, son normalmente subyugados a criterios económicos. El límite
normalmente más conflictivo es el punto de intervención, donde el ondulador empieza a trabajar y por
lo tanto, a utilizar batería, puesto que el equipo detecta la tensión de red baja. La UPS OFF-LINE, es
útil prácticamente sólo en lugares donde la red es estable y la protección a realizar es frente a cortes
momentáneos de suministro.
3.2.3 Variantes OFF-LINE
Tal y como se ha comentado anteriormente, pese a que la topología OFF-LINE es mucho más
económica que la ON-LINE, sus prestaciones y características distan de ser las necesarias para
realizar una efectiva protección de sistemas informáticos o críticos, sobre todo en lugares
problemáticos desde un punto de vista de suministro eléctrico.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_52
Es debido a las condiciones dadas en el párrafo anterior, que se van introduciendo variantes a la
estructura básica OFF-LINE, a fin de mejorar sus características técnicas y por tanto prestaciones,
intentándolas acercar al ON-LINE a costo de OFF-LINE. Las técnicas actuales, para reducir los
tiempos de transferencia, mantienen al ondulador en funcionamiento, aún en condiciones de red
correcta, a fin de intervenir rápidamente cuando falla ésta. Existen fabricantes que nombran a esta
estrategia con nombres vistosos comercialmente como "interactiva", pero no representan ninguna
ventaja, puesto que la estrategia es muy común y extensamente utilizada. Comentaremos
seguidamente, algunas variantes de la topología OFF-LINE:
3.2.3.1 Tipo Boost
Consiste en ampliar el margen de trabajo en modo red, con el fin de que la batería se utilice más
tarde, en cuanto a límite de tensión de red se refiere de lo que sería en un OFF-LINE convencional,
donde normalmente se
interviene entre 180 a
190 (V) de red (según
fabricantes), momento en
que la UPS considera a
ésta tensión baja.
Un equipo OFF-LINE
boost aporta un
autotransformador que es
activado al detectar la red
baja (180-190 V),
elevando éste la tensión de red un porcentaje tal, que permite a la salida situarse de nuevo sobre los
220 (V) nominales.
Se consigue en definitiva una elevación o "estabilización" en red baja y por lo tanto, retrasando hasta
unos 165-175 (V) la intervención del ondulador. La aplicación es útil en zonas donde hay usualmente
bajas tensiones de red, sin embargo, se mantiene la limitación típica de los OFF-LINE, protección
básicamente frente cortes de red.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_53
3.2.3.2 Tipo Estabilizador
En la vía de red, se intercala un estabilizador, de modo que la tensión de salida, proveniente de la red,
es estabilizada un cierto porcentaje, tanto por exceso como por defecto, reduciendo pues, la variación
de tensión proveniente de red, previa los límites de intervención del ondulador. Si al estabilizador, se
le dota de un transformador separador o de aislamiento, dispondremos del equivalente en
prestaciones, más próximo de una topología ON-LINE.
3.2.4 Topología IN-LINE
Es una nueva técnica de conocimiento reciente, cuyo origen es de una firma americana quien lo aplicó
a equipos de elevada potencia, a fin de mejorar la fiabilidad y expectativas de vida.
Comercialmente se utiliza como si de ON-LINE se tratara, por ello existen marcas que al ON-LINE
auténtico, lo nombran como "verdadero" o "doble conversión". Originariamente, si está correctamente
construido, las prestaciones y características que aporta son prácticamente de ON-LINE.
El sistema se basa en utilizar un ondulador reversible capaz tanto de generar, como de rectificar para
cargar la batería.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_54
Manteniendo al ondulador en marcha y variando la tensión y la fase generada por éste, se logra
cargar adecuadamente la batería. Una etapa estabilizadora en la entrada, es obligada, para mantener
al ondulador en los límites tolerables de trabajo como cargador y un elaborado filtraje protegen al
propio ondulador de picks de sobretensión provenientes de la red que lo estropearían. Debe prestarse
atención, al aislamiento eléctrico que pueda o no, incorporar el bypass.
3.2.5 Opciones y Características
La mayoría de las UPS tienen indicadores visuales y acústicos de falla de energía (con botón de
reposición), y de bajo voltaje de la batería (alarma previa a la desconexión final). Muchos modelos
tienen forma de simular un apagón para chequear el funcionamiento de la UPS y sólo unos pocos
tienen la opción de "arranque en frío" cuando la UPS se encuentra apagado al ocurrir el apagón.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_55
La mayoría de las UPS actuales poseen "puertos de comunicaciones" para comunicarse con los
computadores y avisarles cuándo están trabajando con la energía de la red o de sus baterías, cuál es
el voltaje de entrada o de salida, cuál es el consumo total de los equipos conectados, qué tan
cargadas se encuentran las baterías, etc. Con base en esta información, existen sofisticados
programas estadísticos y de control que permiten monitorear continuamente la UPS y en caso
necesario, proceder a apagar automáticamente y en forma ordenada los diferentes computadores de
la red cuyo servidor esté conectado a la UPS.
3.2.6 Las Mejores Combinaciones
Incluso dentro de las UPS más costosas, es difícil encontrar modelos que incorporen el transformador
de aislamiento, ya que sus fabricantes asumen que todas las instalaciones eléctricas para rdes de
computación cuentan con el. Por lo tanto, como en la realidad lamentablemente no es así, se debe
instalar la UPS a la salida de un buen acondicionador con transformador de aislamiento.
Si la UPS entrega el mismo voltaje que recibe de la red, excepto cuando ocurre el apagón, como es el
caso de la mayoría de las UPS Off-Line de onda cuadrada o escalonada, el acondicionador debe ser
del mismo modelo que se utilizaría si no existiera el UPS.
Si la UPS incorpora el regulador, o si durante todo el tiempo entrega un voltaje generado internamente
como lo hacen los UPS On-Line, lo ideal es un acondicionador con capacidad ligeramente mayor que
la UPS.
Si la UPS posee transformador de aislamiento, no se requiere acondicionador. Sin embargo, se
recomienda instalar un supresor de transcientes de alta capacidad a la entrada de la UPS.
3.2.7 Precauciones
A menos que la UPS esté sobredimensionada, se debe evitar encender nuevos equipos durante el
apagón, ya que el consumo de energía durante el arranque inicial de algunos computadores puede
ser hasta 20 veces mayor que en estado estable.
Un Compromiso de los Empresarios de Chile
Calidad del Suministro Eléctrico
Prof. Claudio González Cruz
I N A C A P C O L O N
Av. Padre Hurtado Sur 875 – Las Condes – Santiago Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381
INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
SEDE COLON
Página_56
Si requiere instalar conjuntamente una UPS con un acondicionador o un regulador de voltaje, debe
conectar en primer lugar el acondicionador, luego el regulador y finalmente la UPS. Sólo si la salida de
voltaje de la UPS es 100% senoidal se pueden conectar en diferente orden teniendo en cuenta que el
primer equipo debe tener la potencia suficiente para soportar a todos los demás.
Cuando conecte una UPS a la salida de un acondicionador o de un regulador de voltaje, éste debe ser
de mayor potencia que la UPS, especialmente cuando la UPS es On-Line, pues no sólo deberá
soportar el consumo de los equipos finales y de la UPS sino también la carga de las baterías después
de un apagón.
Referencias
- Circuitos Eléctricos – Segunda Edición
Joseph A. Edminister – MC Graw Hill
- Circuitos Eléctricos – Introducción al Análisis y Diseño – Segunda Edición Richard C. Dorf – Alfa Omega
- Calculus – Second Edition
Michael Spivak – MC Graw Hill - Distribución Industrial de la Energía
Mario Lillo Saavedra – Universidad de Concepción - Alimentación a Equipos Informáticos y Otras Cargas Críticas
Salvador Martínez García – MC Graw Hill - Sintonizado con los Armónicos de Potencia
Fluke Corporation - Fluke Tools Catalog
Fluke Corporation - Artículo Revista Ingeniería Eléctrica Jorge Aldo Ovando – Circuitor Argentina - Web Site CPE Consultores Consultores Calidad de Potencia Eléctrica (www.inel.cl/cpe)